CN114857083A - 三元流叶轮与小齿轮轴连接结构的加工装置及方法 - Google Patents

三元流叶轮与小齿轮轴连接结构的加工装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于叶轮制备技术领域，具体公开了三元流叶轮与小齿轮轴连接结构的加工装置及方法，包括以下步骤：S1：准备待加工叶轮和小齿轮轴；S2：在叶轮内加工三圆弧内孔；S3：在小齿轮轴上加工三圆弧外圆；S4：将小齿轮轴的三圆弧外圆插入至叶轮内的三圆弧内孔内，实现无键连接。为了提高装配效率，保证重复装配质量，且使结构紧凑、减少应力集中，满足高速运转动平衡等条件，叶轮与小齿轮轴连接方式采取无键连接方式，具体采用三圆弧结构连接，能重复多次装配，且保证重复装配后不会影响整个高速转子组动平衡。

Description

三元流叶轮与小齿轮轴连接结构的加工装置及方法
技术领域
本发明属于叶轮制备技术领域，尤其涉及一种三元流叶轮与小齿轮轴连接结构的加工装置及方法。
背景技术
三元流叶轮作为MVR蒸汽压缩机产品核心部件，叶轮与小齿轮轴连接组成高速转子组，对机组整体运行质量起着至关重要的作用。普通叶轮与小齿轮轴采取键连接、拉杆连接、过盈热套、法兰盘连接、螺栓连接等形式。但是采取键连接方式对装配要求高，装配效率低；拉杆连接方式需要专用工装装配，装配效率低；过盈热套连接形式不便于拆卸维修，二次拆卸后动平衡被破坏；法兰盘连接及螺栓连接形式二次拆卸后动平衡被破坏。
发明内容
本发明的目的在于提供一种三元流叶轮与小齿轮轴连接结构的加工装置及方法，以解决现有技术中小齿轮轴与普通叶轮采用键连接、拉杆连接等形式造成的装配效率低、不便于拆卸维修的问题，本发明为了提高装配效率，保证重复装配质量，且使结构紧凑、减少应力集中，满足高速运转动平衡等条件，叶轮与小齿轮轴连接方式可以采取无键连接方式，也即是使用三圆弧结构连接，能重复多次装配，且保证重复装配后不会影响整个高速转子组动平衡。
为了达到上述目的，本发明的技术方案为：三元流叶轮与小齿轮轴连接结构的加工方法，包括以下步骤：
S1：准备待加工叶轮和小齿轮轴；
S2：在叶轮内加工三圆弧内孔；具体包括以下步骤：
S2.1：粗车三圆弧内孔留量；
S2.2：将三圆弧内孔模型导入数控编程软件中进行编程，再将程序导入数控铣床铣削三圆弧内孔留量；
S2.3：在数控万能磨床上磨削三圆弧内孔成型；
S3：在小齿轮轴上加工三圆弧外圆；具体包括以下步骤：
S3.1：按最大直径留量粗车三圆弧外圆；
S3.2：将三圆弧外圆模型导入数控编程软件中进行编程，再将程序导入数控铣床铣削三圆弧外圆留量；
S3.3：在数控万能磨床上磨削三圆弧外圆成型；
S4：将小齿轮轴的三圆弧外圆插入至叶轮内的三圆弧内孔内，实现无键连接。
进一步，在步骤S2.1中，在三圆弧内孔留量的末端加工越程槽以及中部加工消气槽。
为了达到上述目的，本发明的另一种技术方案为：三元流叶轮与小齿轮轴连接结构的加工装置，包括刀具和滚动托架支撑机构；所述刀具用于加工所述越程槽；所述滚动托架支撑机构用于支撑所述小齿轮轴，所述滚动托架支撑机构设于数控万能磨床的滑座上。
进一步，所述滚动托架支撑机构包括支撑座和两组轴承；所述支撑座的下部与所述数控万能磨床的滑座固定；所述支撑座的上部设有凹槽；所述凹槽的两侧均设有调节结构，所述调节结构能够对两组轴承之间的距离进行调节；两组所述轴承用于支撑所述小齿轮轴。
进一步，所述支撑座的两侧设有两个横向设置的条形通孔；每组所述调节结构包括锁紧螺栓和锁紧螺母，所述锁紧螺栓能够依次穿过所述轴承的中心孔和所述条形通孔；所述锁紧螺母能够将所述轴承和所述支撑座锁紧。
进一步，还包括第一垫片和第二垫片，所述第一垫片设于所述锁紧螺母与所述支撑座之间，所述第二垫片设于所述轴承与所述支撑座之间。
进一步，所述刀具包括刀片和刀杆；所述刀片固定在所述刀杆上，所述刀杆能够将所述刀片伸入至所述三圆弧内孔留量内。
进一步，所述刀杆包括连接部和长杆，所述连接部用于将所述刀片固定在所述长杆上；所述连接部包括连接杆和连接件，所述连接杆的端部设有四分之一的偏心圆，所述偏心圆的外边缘伸出所述连接杆和长杆；所述偏心圆上设有用于安装刀片的安装槽；所述连接杆上还设有开口槽，所述开口槽与所述安装槽连通，所述刀片能够伸入至所述开口槽内；所述连接件能够将所述刀片固定在连接杆上。
进一步，所述连接杆上设有竖向的连接孔，所述刀片上设有能够与所述连接孔对应的通孔；所述连接件采用固定螺栓和固定螺母；所述固定螺栓能够穿过连接孔和通孔并与所述固定螺母连接。
进一步，所述连接杆的两侧设有用于消除干涉的倒角，所述倒角和所述偏心圆位于所述连接杆的同侧。
本技术方案的工作原理在于：对叶轮和小齿轮轴分别进行加工，对叶轮进行加工时，在叶轮内粗车三圆弧内孔留量，在三圆弧内孔留量的末端加工越程槽以及中部加工消气槽，刀片通过连接件固定在刀杆上，然后使用刀具在三圆弧内孔留量内加工越程槽，然后将三圆弧内孔模型导入数控编程软件中进行编程，再将程序导入数控铣床铣削三圆弧内孔留量，最后再数控万能磨床上磨削三圆弧内孔成型。
对小齿轮轴进行加工时，先按照最大直径留量在小齿轮轴的端部粗车三圆弧外圆，将三圆弧外圆模型导入数控编程软件中进行编程，再将程序导入数控铣床铣削三圆弧外圆留量，最后在数控万能磨床上磨削三圆弧外圆成型。在磨削之前，将小齿轮轴的一侧放置在滚动托架支撑机构上，具体地，将小齿轮轴放置在支撑座上的凹槽内，然后根据小齿轮轴的直径调节轴承之间的距离，调节好后，将锁紧螺栓依次穿过轴承的中心孔、第二垫片的中心孔、条形通孔、第一垫片的中心孔后与锁紧螺母固定。
最后将小齿轮轴的三圆弧外圆插入至叶轮内的三圆弧内孔内，实现无键连接。
本技术方案的有益效果在于：①为了提高装配效率，保证重复装配质量，且使结构紧凑、减少应力集中，满足高速运转动平衡等条件，叶轮与小齿轮轴连接方式采取无键连接方式，具体采用三圆弧结构连接，能重复多次装配，且保证重复装配后不会影响整个高速转子组动平衡。②为保证叶轮三圆弧内孔避免应力集中，在三圆弧内孔末端设计越程槽，在中部设计消气槽。③由于越程槽深度较深且直径较大，且无合适刀杆，造成越程槽加工困难，因此本方案设计了一种专门的刀具，实现三圆弧内孔内越程槽的加工。④针对小齿轮轴三圆弧外圆处于轴端，磨削三圆弧外圆时扭矩偏大，加工难度大的问题，本方案提供了一种滚动托架支撑机构，能够增加小齿轮轴的钢性，减小磨削三圆弧外圆时所需扭转。⑤通过调节结构调节两组轴承之间的距离，满足不同直径小齿轮轴的支撑，实用性强。
附图说明
图1为本发明三元流叶轮与小齿轮轴连接结构的加工方法的流程图；
图2为本发明三元流叶轮与小齿轮轴连接结构的加工装置中刀具的立体图；
图3为图2的主视图；
图4为图3的俯视图；
图5为图2中连接杆的侧视图；
图6为图2中刀杆的后视图；
图7为刀具加工越程槽的结构示意图；
图8为本发明三元流叶轮与小齿轮轴连接结构的加工装置中滚动托架支撑机构的主视图；
图9为图8的侧视图；
图10为叶轮与小齿轮轴连接的结构示意图；
图11为图10中A-A处的结构示意图；
图12为叶轮内三圆弧内孔的结构示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式进一步详细说明：
说明书附图中的附图标记包括：叶轮1、小齿轮轴2、越程槽3、消气槽4、刀具5、长杆6、连接杆7、连接孔8、偏心圆9、安装槽10、开口槽11、倒角12、支撑座13、轴承14、凹槽15、条形通孔16、锁紧螺栓17、锁紧螺母18、第一垫片19、第二垫片20、安装孔21。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
基本如附图1所示：三元流叶轮与小齿轮轴连接结构的加工方法，包括以下步骤：
S1：准备待加工叶轮1和小齿轮轴2；
S2：在叶轮1内加工三圆弧内孔，如图12；具体包括以下步骤：
S2.1：粗车三圆弧内孔留量，并在三圆弧内孔留量的末端加工越程槽3以及中部加工消气槽4；
S2.2：将三圆弧内孔模型导入数控编程软件中进行编程，再将程序导入数控铣床铣削三圆弧内孔留量；
S2.3：在数控万能磨床上磨削三圆弧内孔成型；
S3：在小齿轮轴2上加工三圆弧外圆，如图7；具体包括以下步骤：
S3.1：按最大直径留量粗车三圆弧外圆；
S3.2：将三圆弧外圆模型导入数控编程软件中进行编程，再将程序导入数控铣床铣削三圆弧外圆留量；
S3.3：在数控万能磨床上磨削三圆弧外圆成型；
S4：将小齿轮轴2的三圆弧外圆插入至叶轮1内的三圆弧内孔内，实现无键连接，如图10。
实施例二
基本如附图2-12所示，三元流叶轮与小齿轮轴连接结构的加工装置，包括刀具5和滚动托架支撑机构；刀具5用于加工实施例一中的越程槽3；滚动托架支撑机构用于支撑实施例一中的小齿轮轴2，滚动托架支撑机构设于数控万能磨床的滑座上。
如图8、9所示，滚动托架支撑机构包括支撑座13和两组轴承14；支撑座13的下部与数控万能磨床的滑座固定，具体地支撑座13上设有竖向设置的条形的安装孔21，通过安装孔21、安装螺栓和安装螺母可以将支撑座13固定在数控万能磨床的滑座上，并能够调节高度。支撑座13的上部设有凹槽15；凹槽15的两侧均设有调节结构，调节结构能够对两组轴承14之间的距离进行调节；两组轴承14用于支撑小齿轮轴2。支撑座13的两侧设有两个横向设置的条形通孔16；每组调节结构包括锁紧螺栓17、锁紧螺母18、第一垫片19和第二垫片20，锁紧螺栓17能够依次穿过轴承14的中心孔、第二垫片20的中心孔、条形通孔16和第一垫片19的中心孔；锁紧螺母18能够将轴承14和支撑座13锁紧。第一垫片19设于锁紧螺母18与支撑座13之间，第二垫片20设于轴承14与支撑座13之间。
如图2-6所示，刀具5包括刀片和刀杆；刀片固定在刀杆上，刀杆能够将刀片伸入至三圆弧内孔留量内。刀杆包括连接部和长杆6，连接部用于将刀片固定在长杆6上；连接部包括连接杆7和连接件，连接杆7的端部设有四分之一的偏心圆9，偏心圆9的外边缘伸出连接杆7和长杆6；偏心圆9上设有用于安装刀片的安装槽10；连接杆7上还设有开口槽11，开口槽11与安装槽10连通，刀片能够伸入至开口槽11内；连接件能够将刀片固定在连接杆7上。具体地连接杆7上设有竖向的连接孔8，具体为沉孔，刀片上设有能够与连接孔8对应的通孔；连接件采用固定螺栓和固定螺母；固定螺栓能够穿过连接孔8和通孔并与固定螺母连接。连接杆7的两侧设有用于消除干涉的倒角12，倒角12和偏心圆9位于连接杆7的同侧。
对叶轮1和小齿轮轴2分别进行加工，对叶轮1进行加工时，在叶轮1内粗车三圆弧内孔留量，在三圆弧内孔留量的末端加工越程槽3以及中部加工消气槽4，刀片通过连接件固定在刀杆上，然后使用刀具5在三圆弧内孔留量内加工越程槽3，然后将三圆弧内孔模型导入数控编程软件中进行编程，再将程序导入数控铣床铣削三圆弧内孔留量，最后再数控万能磨床上磨削三圆弧内孔成型。
对小齿轮轴2进行加工时，先按照最大直径留量在小齿轮轴2的端部粗车三圆弧外圆，将三圆弧外圆模型导入数控编程软件中进行编程，再将程序导入数控铣床铣削三圆弧外圆留量，最后在数控万能磨床上磨削三圆弧外圆成型。在磨削之前，将小齿轮轴2的一侧放置在滚动托架支撑机构上，具体地，将小齿轮轴2放置在支撑座13上的凹槽15内，然后根据小齿轮轴2的直径调节轴承14之间的距离，调节好后，将锁紧螺栓17依次穿过轴承14的中心孔、第二垫片20的中心孔、条形通孔16、第一垫片19的中心孔后与锁紧螺母18固定。
最后将小齿轮轴2的三圆弧外圆插入至叶轮1内的三圆弧内孔内，实现无键连接。
由于越程槽3深度较深且直径较大，市场上普通刀杆无法满足越程槽3加工，因此采取制作专用刀杆加工方式来完成叶轮1内三圆弧内孔越程槽3的车削加工，使加工深度L1(最大300mm)及加工直径φD2及L2(最大18.5mm)满足加工，最小使用孔φD1仅需φ88mm，大大提高刀杆加工适应范围。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (10)

1.三元流叶轮与小齿轮轴连接结构的加工方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：准备待加工叶轮(1)和小齿轮轴(2)；
S2：在叶轮(1)内加工三圆弧内孔；具体包括以下步骤：
S2.1：粗车三圆弧内孔留量；
S2.2：将三圆弧内孔模型导入数控编程软件中进行编程，再将程序导入数控铣床铣削三圆弧内孔留量；
S2.3：在数控万能磨床上磨削三圆弧内孔成型；
S3：在小齿轮轴(2)上加工三圆弧外圆；具体包括以下步骤：
S3.1：按最大直径留量粗车三圆弧外圆；
S3.2：将三圆弧外圆模型导入数控编程软件中进行编程，再将程序导入数控铣床铣削三圆弧外圆留量；
S3.3：在数控万能磨床上磨削三圆弧外圆成型；
S4：将小齿轮轴(2)的三圆弧外圆插入至叶轮(1)内的三圆弧内孔内，实现无键连接。
2.根据权利要求1所述的三元流叶轮与小齿轮轴连接结构的加工方法，其特征在于：在步骤S2.1中，在三圆弧内孔留量的末端加工越程槽(3)以及中部加工消气槽(4)。
3.制备权利要求2所述的三元流叶轮与小齿轮轴连接结构的加工装置，其特征在于：包括刀具(5)和滚动托架支撑机构；所述刀具(5)用于加工所述越程槽(3)；所述滚动托架支撑机构用于支撑所述小齿轮轴(2)，所述滚动托架支撑机构设于数控万能磨床的滑座上。
4.根据权利要求3所述的三元流叶轮与小齿轮轴连接结构的加工装置，其特征在于：所述滚动托架支撑机构包括支撑座(13)和两组轴承(14)；所述支撑座(13)的下部与所述数控万能磨床的滑座固定；所述支撑座(13)的上部设有凹槽(15)；所述凹槽(15)的两侧均设有调节结构，所述调节结构能够对两组轴承(14)之间的距离进行调节；两组所述轴承(14)用于支撑所述小齿轮轴(2)。
5.根据权利要求4所述的三元流叶轮与小齿轮轴连接结构的加工装置，其特征在于：所述支撑座(13)的两侧设有两个横向设置的条形通孔(16)；每组所述调节结构包括锁紧螺栓(17)和锁紧螺母(18)，所述锁紧螺栓(17)能够依次穿过所述轴承(14)的中心孔和所述条形通孔(16)；所述锁紧螺母(18)能够将所述轴承(14)和所述支撑座(13)锁紧。
6.根据权利要求5所述的三元流叶轮与小齿轮轴连接结构的加工装置，其特征在于：还包括第一垫片(19)和第二垫片(20)，所述第一垫片(19)设于所述锁紧螺母(18)与所述支撑座(13)之间，所述第二垫片(20)设于所述轴承(14)与所述支撑座(13)之间。
7.根据权利要求3所述的三元流叶轮与小齿轮轴连接结构的加工装置，其特征在于：所述刀具(5)包括刀片和刀杆；所述刀片固定在所述刀杆上，所述刀杆能够将所述刀片伸入至所述三圆弧内孔留量内。
8.根据权利要求7所述的三元流叶轮与小齿轮轴连接结构的加工装置，其特征在于：所述刀杆包括连接部和长杆(6)，所述连接部用于将所述刀片固定在所述长杆(6)上；所述连接部包括连接杆(7)和连接件，所述连接杆(7)的端部设有四分之一的偏心圆(9)，所述偏心圆(9)的外边缘伸出所述连接杆(7)和长杆(6)；所述偏心圆(9)上设有用于安装刀片的安装槽(10)；所述连接杆(7)上还设有开口槽(11)，所述开口槽(11)与所述安装槽(10)连通，所述刀片能够伸入至所述开口槽(11)内；所述连接件能够将所述刀片固定在连接杆(7)上。
9.根据权利要求8所述的三元流叶轮与小齿轮轴连接结构的加工装置，其特征在于：所述连接杆(7)上设有竖向的连接孔(8)，所述刀片上设有能够与所述连接孔(8)对应的通孔；所述连接件采用固定螺栓和固定螺母；所述固定螺栓能够穿过连接孔(8)和通孔并与所述固定螺母连接。
10.根据权利要求9所述的三元流叶轮与小齿轮轴连接结构的加工装置，其特征在于：所述连接杆(7)的两侧设有用于消除干涉的倒角(12)，所述倒角(12)和所述偏心圆(9)位于所述连接杆(7)的同侧。
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